基于本體的高校學科資源平臺建設模式研究

楊之音 王翠萍 陳文勇

〔摘 要〕“探究式學習”、“基于資源的學習”等理論越來越得到教育工作者的廣泛認可，因此創建支撐這些理論的學科資源平臺具有重要意義。面向高校的學科資源平臺應能夠高質量整合學科資源、科學組織學科資源、智能檢索學科資源、優化學科知識地圖、提供師生交流渠道。在這些原則的指導下，本文提出基于本體的高校學科資源平臺建設模式。首先對平臺的需求進行用例分析，在分析的基礎上對平臺的結構進行設計，最后給出適應學科資源平臺的本體構建模式。

〔關鍵詞〕本體；高校；學科；資源平臺；模式

〔中圖分類號〕G250.7 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821（2016）06-0103-05

〔Abstract〕Theories such as inquiry learning and resource-based learning has been more and more widely recognized by educators.In this context，creating a platform for subject resources was important.Resource platform for university should be able to integrate high-quality subject resources，organize subject resources scientifically，retrieval subject resources intelligently，optimize knowledge map and provide communication channel for teachers and students.Under the guidance of these principles，the model of university subject resources platform based on ontology has been designed.First，this paper used case analysis to analyze the needs of the platform.Then，the structure of the platform has been designed on the basis of the analysis.Finally，the model of resource ontology has been constructed according to the platform.

〔Key words〕ontology；university；subject；resource platform；model

與初、中等教育相比，高校學生的學習方式更加多元化和自主化，除課堂學習之外，高校教學課程較多，每門課程的教學時數有限，因此需要學生自己利用課后時間查閱資料，補充課堂所學，在這一過程中，由于學科資源比較分散，同一學科的資源往往需要瀏覽不同網站或檢索多次才能夠獲得，為學科資源的利用帶來很大不便。如何將網絡上的學科資源整合在一起，方便師生使用，將是開發利用網絡學科資源的首要問題。此外，新的教學理念如“探究式學習”[1]、“基于資源的學習”[2]等越來越得到教育工作者的廣泛接受和認可，因此創建支撐這些理論的高質量學科資源平臺具有重要意義。為此，本文提出將本體融入學科資源平臺的建設中，通過本體實現平臺資源的優化組織和智能搜索，為教師和學生提供便利的教學條件。

本體論的概念來源于哲學領域，用于描述事物的本質，后來逐漸融入計算機等其他領域，并用“本體”（Ontology）一詞來區分哲學中的本體論。關于本體的概念學者們給出了不同觀點，其中Gruber的定義得了較多學者的認可，他認為本體是概念模型的明確規范的描述，是面向特定領域，描述特定領域的概念模型，即關于該領域的一個公認的概念集，其中的概念有公認的語義，通過概念之間的關聯來體現[3]。近年來計算機、圖書情報、教育等領域對本體展開了較為廣泛而深入的研究。在計算機領域，學者們較多關注在基于本體的語義搜索的各種相關算法的優化，以及本體應用于人工智能、語義網、專家系統等方面的關鍵技術的研究；在圖書情報領域，本體被看作是分類法、主題法之外一種新的信息和知識組織方式，因此對于本體的研究主要集中于資源整合、信息檢索、知識管理等方面；為了更好地組織教學資源，教育領域的研究多關注于各種具體學科領域本體的構建，如語文[4]、數學[5]、物理[6]等，學科資源平臺的建設具有重要性，將本體與學科資源平臺的構建相融合的研究并不多。

1 高校學科資源平臺的建設原則

1.1 高質量整合學科資源

高校學生的自主學習往往需要查閱大量相關資料，但是近年來隨著知識更新速度的加快以及互聯網技術在教育領域的迅猛發展，網上學習資源增長迅速，大大增加了學生查找資源的時間，甚至用來搜集資源的時間超過了利用資源的時長，容易使學生產生倦怠情緒，影響學習效果。學科資源平臺應能夠將關于某一學科的資源整合在一起，形成學科資源門戶，以降低資源獲取時間，提高學習效率。同時，為了保證平臺的資源質量，可由教師按章、節上傳關于某一學科的課件、視頻、音頻、論文等資源，方便學生獲取。

1.2 科學組織學科資源

信息組織是依據某種情報檢索語言或信息組織規則，對信息內容的重組與序化[7]。傳統的資源組織往往利用專題或綜合的主題法和分類法進行，組織工具往往追求大而全，更新周期較長，組織方式比較單一且多面向紙質資源。近些年來許多學科呈現交叉化、綜合化趨勢，新的概念、研究領域層出不窮，這些交叉領域在傳統的組織工具中難以體現。因此學科資源平臺需要一種新的信息組織方式，以適應當前網絡化、數字化學習資源組織的需要。本體可明確表達相關概念，靈活展現概念與概念之間的關系，形成概念之間的多向鏈接，同時本體的構建比較靈活，可以根據學科特點設計概念網絡，根據需要增加或減少概念層級，從而科學有效的組織學科資源，更好的體現學科的前沿內容，滿足學科飛速發展的需要。

1.3 智能檢索學科資源

高校學生實施自主化學習時需要形成關于某個學科的系統化認知，了解某個單一知識點與其他知識點的聯系，以及此知識點在整體課程體系中的地位，這種對課程知識整體把握的需要促使資源平臺能夠實現智能搜索、語義搜索，在搜索的同時給出相關聯知識點的資源。目前的信息檢索大部分是基于關鍵詞的檢索。由于語言有一詞多義現象的存在，這種檢索方式經常檢索出很多無關信息，給學習者造成困擾。同時傳統的檢索只能“就詞查詞”，不能檢索到與檢索詞相關、同義、近義等詞語，查全率較低。學科資源平臺建設的根本目的是為了促進高校學生的學習，學生在學習某個知識點時，既需要以往學習的知識作為基礎，也需要通過相關知識的擴充才能構建出對于這一知識點的完整認知。本體構建面向某一特定學科領域，相比傳統的基于關鍵詞匹配的信息檢索，檢索出無用資源的機率大大降低，其相關度和查準率都比較高。同時，本體能夠反映概念之間的關系，因此基于本體的檢索可以查找到所有與檢索詞有關的詞語，包括同位類、上下位類等，提高查全率。基于本體構建學科資源平臺可以幫助學生在檢索某一知識點時建立相關聯系和推薦，幫助學生回憶、鞏固、拓展學習內容，提高學習效率。

1.4 優化學科知識地圖

知識地圖是對知識存在位置和知識狀態的導航，是知識管理的有效工具，類似于數據結構中的指針的作用，它能夠根據人們的需要迅速定位知識，實現知識的快速查找，提高知識利用率[8]。學科資源平臺應提供知識地圖，幫助學生了解學科結構，快速定位學習資源。知識地圖的種類很多，既有概念型的知識地圖，也有仿真型的知識地圖等。學科資源平臺可以通過對本體的簡化、可視化構建概念型知識地圖。同時，基于本體的知識地圖因為有了資源的支撐，不再只是一種平面的指引而是一種立體的呈現，完成資源從導航到獲得的一站式應用，實現學科知識地圖的優化。

1.5 提供師生交流渠道

學科資源平臺的構建是為滿足學生自主學習的需要，無論是探究式學習還是基于資源的學習，都離不開教師的組織和引導。學生在利用資源學習時，會產生關于知識點的各種疑問，這些都需要學科資源平臺能夠提供便利的師生交流渠道。因此學科資源平臺應具備實時交流模塊，學生可以和教師或其他學生進行交流，及時解決問題。此外，答疑是教學中的重要環節，可以幫助學生鞏固所學知識，提高學習效果。學科資源平臺應開辟專門的答疑版塊，系統收集和整理答疑信息，建立答疑知識庫，并能夠將答疑知識庫與本體庫相關聯，學生搜索資源的敗絮其中時也能將答疑知識庫的相關內容檢索出來，提高答疑知識的利用效率。

2 基于本體的高校學科資源平臺建設模式分析

2.1 基于本體的高校學科資源平臺的用例分析

用例圖是用以圖示化系統的主事件流程以及描述用戶需求的一種模型圖，由參與者（Actor）、用例（Use Case）以及它們之間的關系構成[9]。使用用例圖可以清晰地描述平臺的使用需求和各模塊之間的調用關系。圖1給出了基于本體的學科資源平臺的用例圖。

如圖1所示，該用例圖的3個參與者分別為教師、管理員和學生。由上傳資源、資源解析、相關度匹配、檢索資源、語義轉換、分類導航、文檔索引、解答、交流、提問、審核與控制等用例構成。其中，教師能夠根據課程屬性利用平臺上傳學科資源，平臺對不同類型的資源進行解析，通過標題、關鍵詞、內容簡介等信息提取出具有檢索意義的文本信息，形成索引文檔。學生能夠利用平臺檢索學科資源，輸入檢索詞后，平臺利用本體實現語義擴充與轉換，通過索引文檔與平臺已有資源依據相關度進行匹配，從而全面搜索出與檢索詞相關的資源。此外，學科資源按照課程屬性進行分類，學生可以利用分類導航獲得某一類目下的所有相關資源。在平臺中，學生可以就課程中的相關知識點向教師提問，教師予以解答，形成答疑知識庫，利用本體進行語言轉換并歸檔檢索，作為學科資源的有效補充。同時，平臺嵌入即時通訊模塊和答疑模塊，滿足師生日常交流的需要。管理員負責資源審核與權限控制，對資源上傳、答疑、交流等環節進行全面監督，保證平臺的正常運行。

2.2 基于本體的高校學科資源平臺的總體架構

圖2給出了基于本體構建學科資源平臺的總體架構圖，根據用例分析，平臺應具備語義搜索、導航、可視化、交流、答疑、上傳、下載、安全管理與控制等功能。為了實現這些功能，需要建立相應的學科資源庫、交流信息庫、答疑知識庫、人員資料庫等數據庫。其中，學科資源庫和答疑知識庫是學科資源平臺的建設重點，為了保證資源質量，由教師按課程屬性上傳課件、視頻、音頻、論文、文本等資源，形成學科資源庫。學生可以就課程的某個知識點向教師提問，管理人員定期對問題和答案匯總，形成答疑知識庫，從而使課程資源更具完整性。為了實現對學科資源的語義檢索和擴展檢索，利用本體構建工具設計該學科資源的領域本體，將領域本體與學科資源庫和答疑知識庫相關聯，用以描述資源以及資源間的關系，從而提高資源發現的效率。此外，平臺嵌入即時通訊模塊，供教師發布通知、師生討論、問題解答之用，滿足師生之間日常交流的需要，利用交流信息庫保存即時通訊模塊中的數據。人員資料庫用于存儲平臺的教師、學生的相關資料，由管理人員負責對人員資料庫的數據進行添加、修改、和監督，有效管理平臺權限，進行安全控制。

2.3 基于本體的高校學科資源平臺的本體設計

2.3.1 構建工具

目前本體的構建工具有很多，比較主流的構建工具有protégé、JOE、WebODE、Ontolingua、OntoEdit[10]等。其中protégé具有開放性、友好性等特點，成為國內外很多學者和機構建構本體的首選工具，因此本文以protégé為基礎對學科資源平臺進行本體構建。protégé主要包括Classes（類），Object Properties（對象屬性），Data Properties（數據屬性），Individuals（個體）等欄目，同時利用OWLViz、DLQuery、OntoGraf等輔助工具構建本體。

2.3.2 模式設計

本文中學科資源平臺的建設以促進學生學習為主要目的，教師大多按章節進行授課，一門課程的章節內容也體現了該門課程的整體知識結構。為此，領域本體按照課程屬性設計，首先以課程名進行劃分，每個課程名下列出該課程的相關概念，該概念為每門課程章節內容的提煉，每個概念設置論文、視頻、音頻、文本、課件等個體并取值，用以體現資源的類型。學生按章節檢索資源可以系統了解有關知識點的全面內容，了解某個知識點的前后相關聯系，從而增強學生對于課程體系的總體認知，有利于在學生腦中形成關于該門課程的知識地圖。按照上述原則構建的本體結構模式圖如圖3。

由于本文主要探討基于本體的學科資源平臺建設模式，并未針對特定學科，因此本體設計中沒有列舉具體的課程名稱以及相關概念，而是用Coursename1、Coursename2、Coursename3、……等代表不同學科的課程名，用concept1、concept2、concept3、……等代表不同課程下的相關概念，在結構模式圖中額外加入“……”，用以代表未列舉出來的課程名以及概念名。

此外在每個concept下設置paper、vedio、audio、ppt、doc等個體（即protégé中的Individuals），針對每個個體賦以相應的數據屬性（即protégé中的Data property assertions）。其中個體paper的數據屬性data的值為“YYYY-MM-KKHH∶MM∶SS”，數據屬性title的值為“titlename”，數據屬性journal的值為“journalname”，數據屬性author的值為“authorname”。個體audio、doc、ppt、video的數據屬性均為title，其值都定為“titlename”。以concept1為例展現具體的設計結果，設置過程見圖4。

圖4是protégé中的Individuals界面，以concept1為例展現其所涵蓋的個體，并以paper為例體現其數據屬性。圖4中，左邊部分是類的層次關系圖，中間部分是個體列表，右上部分的Usage體現當前個體的使用情況。此外，各個學科可以根據自己學科的特點對個體和概念間的關系進行設定。

3 結 語

本體對于學科資源平臺的優化具有重要作用，本文從宏觀角度設計了擴展性良好且能夠反應學科資源特點的本體構建模式，從而使學科資源平臺更好地為高校師生服務。本文認為基于本體的高校學科資源平臺可以高質量整合學科資源、科學組織學科資源、智能檢索學科資源、優化學科知識地圖、提供師生交流渠道。在這些原則的指導下，對平臺的需求進行用例分析，在分析的基礎上對平臺的結構進行設計，使資源平臺具備語義搜索、導航、可視化、交流、答疑、上傳、下載、安全管理與控制等功能，最后給出適應學科資源平臺的本體構建模式。本文僅從設計角度分析學科資源平臺的建設模式，對于該模式的構建和實施效果還需后續研究進行檢驗。

參考文獻

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